基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法
【专利摘要】基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，包括纯相位提取，相位调制，分数傅里叶变换步骤。本发明将分数傅里叶域相位恢复过程应用于多图像加密，提高了加密系统的收敛速度，避免了串扰噪声影响，扩大了密钥空间，解决了现有加密方法收敛速度慢、存在串扰噪声、密钥空间小的问题；本发明加密和解密过程均可通过光学方法实现，系统简单，操作方便。
【专利说明】基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法
【技术领域】
[0001]本发明属于虚拟光学信息加密【技术领域】，涉及一种基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法。
【背景技术】
[0002]在众多的信息中，由于图像易于复制且需要大量收发，其传输的安全性和存储的高效性成为信息领域的一个重要课题，受到广泛关注。为了更有效、安全地处理图像数据，基于复用技术的多图像加密应运而生。近几年，自从司徒国海等提出使用位置复用和基于高斯低通滤波的波分复用的多图像加密以来[1’2]，基于光学复用技术的多图像加密受到了越来越多的关注。许多基于不同域(如菲涅尔域、傅里叶变换域、分数傅里叶变换域的相位恢复过程已经用于多图像加密。
[0003]菲涅尔域加密算法最关键的问题是如何减少串扰噪声，由于待加密的多幅图像的纯相位函数调制得到的密文被记录在一个单独的介质上，所以这种方法的串扰噪声是不可避免的。针对这个问题，司徒国海等使用级联迭代算法使得串扰噪声显著减少；HwangHone-Ene等使用改进的Gerchberg - Saxton算法使得串扰噪声显著减少。然而，由于这些算法的输出平面大小是受限的，而且加密的图像也相当小，所以这些算法的加密容量是受限的。此外，由于衍射过程中信息的丢失使得解密图像的保真度差。邓晓鹏和赵道木通过使用傅里叶域相位恢复过程实现多图像加密，该算法完全避免了串扰噪声。但这些算法都存在相位恢复过程收敛速度慢的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，解决现有技术部分存在的收敛速度慢、密钥空间小的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，包括纯相位提取，相位调制，分数傅里叶变换步骤；具体包括如下步骤:
[0006]第一步，纯相位提取，设有N幅原始灰度图像，使用分数傅里叶域相位恢复过程提取第i幅灰度图像fi(i = I, 2,...N)的纯相位函数ξΜα = 1，2，...N)，其中N取正整数，为待加密的原始图像的幅数；在使用分数傅里叶域相位恢复过程提取原始灰度图像AQ = I, 2,...N)的纯相位函数过程中，伴随产生相位模板函数ΦΜ，Φ?；2, ξ i；2, (i =1，2，...N)；
[0007]第二步:相位调制，对第一步得到的N个纯相位函数实施调制，得到调制后的结果G,
[0008]G = exp(j[g,丨)(I)
[0009]式(I)中G是N个纯相位函数ξ 1;i调制后的结果,其中j为虚部符号，ξ 为fi的纯相位函数= 1,2, - ,N, exp{.}为指数运算，N取正整数，为待加密的原始图像的幅数；
[0010]第三步:分数傅里叶变换，对第二步得到的结果G实施α !阶分数傅里叶变换得到g，提取g的相位得到最终相位，提取g的振幅得到最终密文g。
[0011]本发明的特点还在于:
[0012]分数傅里叶域相位恢复过程使用三个相位模版函数，ΦΜ, Φ?；2, ξ i；1, (i =1，2，...N)即为该过程的三个相位模版函数；
[0013]还包括解密过程，具体为，将最终密文g和相位(pt ,组合为复图像g，对g实施_α i
阶逆分数傅里叶变换得到调制后的结果G，由G和解密密钥Φμ求得纯相位函数ξ Μ后，对
纯相位函数ξ u使用逆分数傅里叶域相位恢复过程求出其原始图像^，其中逆分数傅里叶域相位恢复过程需要用到相位模板函数ΦΜ，Φ?;2, I i;2, i = 1，2，...N，N为待加密的原始
图像的幅数；
[0014]
【权利要求】
1.基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，包括纯相位提取，相位调制，分数傅里叶变换步骤。
2.如权利要求1所述的基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 第一步，纯相位提取，设有N幅原始灰度图像，使用分数傅里叶域相位恢复过程提取第i幅灰度图像fi(i = I, 2,...N)的纯相位函数ξΜα = 1，2，...N)，其中N取正整数，为待加密的原始图像的幅数；在使用分数傅里叶域相位恢复过程提取原始灰度图像fi(i = 1,2,...N)的纯相位函数过程中，伴随产生相位模板函数Φ?；2, ξ i；2, (i =1，2，...N)； 第二步:相位调制，对第一步得到的N个纯相位函数实施调制，得到调制后的结果G，
3.如权利要求2所述的巷于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于:所述分数傅里叶域相位恢复过程使用三个相位模版函数，ΦΜ，Φ,2) ξΜ, (i =1，2，...N)即为该过程的三个相位模板函数。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，还包括解密过程，具体为:将最终密文g和相位Cpfmal组合为复图像g，对g实施-a i阶逆分数傅里叶变换得到调制后的结果G，由G和解密密钥Φμ!求得纯相位函数ξ Μ后，对纯相位函数ξ u使用逆分数傅里叶域相位恢复过程求出其原始图像fi;其中逆分数傅里叶域相位恢复过程需要用到相位模板函数ΦΜ，Φ?；2, ξ i；2, i = 1，2，...N，N为待加密的原始图像的幅数；
5.如权利要求4述的基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，还包括加密装置，所述加密装置包括四个空间光调制器，空间光调制器之间设有透镜。
6.如权利要求5述的基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，空间光调制器包括空间光调制器SLM1、空间光调制器SLM2空间光调制器SLM3和空间光调制器SLM4 ;透镜包括透镜LI，透镜L2，透镜L3，透镜L4 ;加密过程先提取每幅明文图像的纯相位函数exp(j ξ Μ):以明文图像A作为入射光输入，使用空间光调制器SLMl调制明文图像4和相位模版函数6耶(」(^，1)，调制的图像透过透镜1^1实现Ci1阶分数傅里叶变换；使用空间光调制器SLM2调制α !阶分数傅里叶变换的结果和相位模板函数eXp(jc^，2)，调制后的图像透过透镜L2实现α2_β2阶分数傅里叶变换；使用空间光调制器SLM3调制α 2_ β 2阶分数傅里叶变换的结果和相位模板函数exp (_j Iii2),调制后的图像透过透镜L3实现-β i阶分数傅里叶变换即可得到明文图像A的纯相位函数exp(j ξ Μ)，即实现了明文图像A的纯相位提取；然后实现相位调制:待加密的多幅明文图像都实现纯相
位提取后，使用空间光调制器SLM4调制其纯相位函数得到调制结果
7.如权利要求5或6所述的基于分数傅里叶域相位模板复用的多图像加密方法，其特征在于，还包括解密过程，解密是加密的逆过程，先求待加密的明文图像对应的纯相位
函数调制得到的结果
【文档编号】G06T1/00GK103700058SQ201310662095
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】隋连升, 段快快, 陈涛, 芦海伟 申请人:西安理工大学